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Background and Aims: Agronomic biofortification of food crops with iodine may improve the dietary intake of this trace element, which is essential for human development and health. So far, little is known about the suitability of this technique in pome fruits. The objectives of this study were (1) to investigate uptake and translocation of exogenously applied iodine in apple trees, (2) to identify possible strategies of iodine biofortification for this type of fruit, and (3) to evaluate interactions between foliar applied iodine and selenium.
Methods: Apple trees were cultivated in a plastic tunnel for two growing seasons. Iodine was applied via leaves or substrate. During the 2nd year, simultaneous foliar application of iodine and selenium were tested as well. At harvest time, iodine and selenium content in leaves and fruits were determined. The phytoavailable iodine concentration in the growing medium was analyzed following an extraction with calcium chloride. In addition, the dynamics of iodine applied as potassium iodide and iodate in a peat‐based substrate was investigated in an incubation experiment without plants.
Results: The iodine concentration in washed apples increased more than 100‐fold, valuing around 50 µg (100 g FM)−1 by foliar application of iodine as compared to the control treatment. However, this level was only achieved in fruits which were directly wetted by the spray solution. The translocation of leaf‐absorbed iodine to fruits was negligible. Following a substrate fertilization, the fruit iodine content remained rather low due to a strong retention of iodine in the growing medium. When using foliar sprays, the addition of selenium did not affect the iodine enrichment of the apple fruits.
Conclusions: Foliar fertilization of iodine seems to be a promising method to biofortify apples with iodine. The level of I achieved in apple fruits by means of foliar fertilization can significantly contribute to the daily I intake requirement of humans.
The objective of this review is a global assessment of the economics of second‐generation biorefineries, with a focus on the use of food waste and agricultural residues for chemical production by applying biotechnological processes. Analyses are conducted on feedstock and product distribution, applied economic models, and profitability figures for the period 2013–2018. In a study of 163 articles on different biorefinery systems, the production of chemicals is identified as the second major product class, after bioenergy. Bagasse and straw are frequently analyzed second‐generation feedstocks. Based on the evaluation of 22 articles, second‐generation biorefineries producing chemicals by applying biotechnological processes proves to be economically feasible. On average, both the internal rate of return (IRR) and the return on investment (ROI) are 20% and the payback period (PP) is 6 years. The cost share of feedstock in biorefineries is between 0–50%. The price of the end product and the fermentation yields have the most impact on profitability. The processing of food waste that has industrial and municipal origins appears more economical than the processing of agricultural residues. Scientists, policy makers and entrepreneurs with an appropriate risk tolerance are advised to pay particular attention to municipal food waste and the potential economic production of carboxylic acids. For various economic issues related to biorefineries, dynamic‐deterministic models are recommended, which can be extended by a stochastic model. This review provides an initial overview of the economic feasibility of second‐generation biorefineries. Further techno‐economic analyses are required to produce statistically significant statements on key profitability figures. © 2020 The Authors. Biofuels, Bioproducts, and Biorefining published by Society of Chemical Industry and John Wiley & Sons, Ltd.
Organic pot-based production of basil (Ocimum basilicum L.) often has lower biomass yield than conventional cultivation. Previous investigations indicate that this growth impairment is related to high ammonium (NH4+) concentrations in the growing media released by the mineralization of organic nitrogen (N) fertilizers. However, as a result of this ammonification process substrate pH may also increase. Under neutral to alkaline conditions NH4+ is converted to ammonia (NH3), which is known to be phytotoxic even at low concentrations. Therefore, we investigated the impact of both ammonical N species on basil grown in a peat substrate. In total, three fertilization pot experiments were conducted in a greenhouse in order to compare the effect of different organic base dressings [250 and 750 mg N (L substrate)-1 mainly supplied by a liquid amino acid fertilizer (AAF)] and two initial substrate pH levels (5.5 and 6.5). In two treatments, 5% (v/v) mature compost was mixed into the peat 1 day and 12–days before the substrate was used for sowing, respectively. The aim of this procedure was to stimulate nitrification in this way to reduce ammonical N concentration. Ammonia concentration in the aerial plant surrounding environment was measured by using NH3 detector tubes in combination with an open-top chamber method. The results showed that the growth of basil (number of plants, fresh matter yield, plant height) was significantly inhibited in the second and third week of cultivation by rising NH3 and NH4+ exposure, as well as by a substrate pH ≥ 7.0. These adverse effects were reduced by lowering the organic base dressing rate and adjusting the initial substrate pH to 5.5. Furthermore, the addition of mature compost to peat in combination with a 12-day storage was proven to be effective for promoting nitrification in the organically fertilized substrate. As a result, plant growth was improved by both lower NH3 and NH4+ exposure as well as a faster supply of nitrate (NO3-) as an additional N source. Using this approach, it was possible to feed organically fertilized basil right from the seedling stage with a NO3--N/NH4+-N-balanced and later on providing a predominant NO3--N supply.
In this paper, we evaluate the application of Bayesian Optimization (BO) to discrete event simulation (DES) models. In a first step, we create a simple model, for which we know the optimal set of parameter values in advance. We implement the model in SimPy, a framework for DES written in Python. We then interpret the simulation model as a black box function subject to optimization. We show that it is possible to find the optimal set of parameter values using the open source library GPyOpt. To enhance our evaluation, we create a second and more complex model. To better handle the complexity of the model, and to add a visual component, we build the second model in Simio, a commercial off-the-shelf simulation modeling tool. To apply BO to a model in Simio, we use the Simio API to write an extension for optimization plug-ins. This extension encapsulates the logic of the BO algorithm, which we deployed as a web service in the cloud.
The fact that simulation models are black box functions with regard to their behavior and the influence of their input parameters makes them an apparent candidate for Bayesian Optimization (BO). Simulation models are multivariable and stochastic, and their behavior is to a large extent unpredictable. In particular, we do not know for sure which input parameters to adjust to maximize (or minimize) the model’s outcome. In addition, the complex models can take a substantial amount of time to run.
Bayesian Optimization is a sequential and self-learning algorithm to optimize black box functions similar to as we find them in simulation models: they contain a set of parameters for which we want to identify the optimal set, they are expensive to evaluate, and they exhibit stochastic noise. BO has proven to efficiently optimize black box functions from varius disciplines. Among those, and most notably, it is successfully applied in machine learning algorithms to optimize hyperparameters.
Injection of slurry or digestate below maize seeds is a relatively new technique developed to improve nitrogen use efficiency. However, this practice has the major drawback of increasing nitrous oxide (N2O) emissions. The application of a nitrification inhibitor (NI) is an effective method to reduce these emissions. To evaluate the effect of the NI 3,4‐dimethypyrazole phosphate (DMPP) on N2O emissions and the stabilization of ammonium, a two‐factorial soil‐column experiment was conducted. PVC pipes (20 cm diameter and 30 cm length) were used as incubation vessels for the soil‐columns. The trial consisted of four treatments in a randomized block design with four replications: slurry injection, slurry injection + DMPP, digestate injection, and digestate injection + DMPP. During the 47‐day incubation period, N2O fluxes were measured twice a week and cumulated by linear interpolation of the gas‐fluxes of consecutive measurement dates. After completion of the gas flux measurement, concentration of ammonium and nitrate within the soil‐columns was determined. DMPP delayed the conversion of ammonium within the manure injection zone significantly. This effect was considerably more pronounced in treatment digestate + NI than in treatment slurry + NI. Regarding the cumulated N2O emissions, no difference between slurry and digestate treatments was determined. DMPP reduced the release of N2O significantly. Transferring the results into practice, the use of DMPP is a promising way to reduce greenhouse gas emissions and nitrate leaching, following the injection of slurry or digestate.
Regionaler Hochwasserschutz
(2018)
Mehrere Hochwasserereignisse haben in den letzten Jahren zu erheblichen Vermögensschäden in der Region Osnabrück / Emsland geführt. Studien zur Klimaforschung prognostizieren eine Zunahme der Hochwassergefahren. Wie ist der Stand des regionalen Hochwasserschutzes nach den Erfahrungen aus dem Ereignis 2010? Welche Vorsorgemaßnahmen wurden getroffen und wo besteht noch Handlungsbedarf?
Die Tagung bietet einen Überblick über die aktuelle Situation des regionalen Hochwasserschutzes mit Vorträgen und Einschätzungen ausgewiesener Fachleute aus den Blickwinkeln der
• genehmigenden Behörden
• kommunalen Verantwortungsträger
• planenden Ingenieure
• Unterhaltungsverbände.
Der Bodenschutz im Rahmen von Bauvorhaben wird aus ökologischen und ökonomischen Gründen immer wichtiger. Sowohl im urbanen als auch im ländlichen Raum sind durch Bautätigkeiten große Bodenflächen betroffen. Eine Bodenkundliche Baubegleitung (BBB) zusätzlich zu einer ökologischen Baubegleitung wird inzwischen von vielen Seiten eingefordert. Einige Bundesländer haben bereits entsprechende Merkblätter verfasst. In der vom Bundeskabinett im Mai 2017 verabschiedeten Mantelverordnung ist die Möglichkeit der Anordnung einer Bodenkundlichen Baubegleitung vorgesehen. Auch die im Tief- und Landschaftsbau maßgeblichen DIN-Vorschriften betonen die Notwendigkeit einer BBB. Somit wächst der Bedarf an einer fachlich qualifizierten Baubegleitung. Die Folgen von Fehlern bei der Planung und Zulassung von Baustellen sowie der Bauausführung sind häufig teuer und für den Boden meist irreversibel.
Insbesondere bei Bauvorhaben im Zuge der Energiewende, wie z.B. der Errichtung von
Windenergieanlagen oder der Verlegung von Erdkabeltrassen, besteht akuter Handlungsbedarf zum Schutz des Bodens und des Grundwassers. Auch die späteren Bodengefährdungen und Nachteile etwa bei der landwirtschaftlichen Nutzung der Flächen, die nach Errichtung der Anlagen und Trassen auftreten können, werden häufig noch nicht ansatzweise berücksichtigt. Vorbild für Deutschland ist die BBB in der Schweiz, wo sie seit vielen Jahren etabliert ist.
Der steigende Bedarf an der BBB ist auch im Rahmen der Tagung zur Bodenkundlichen
Baubegleitung im Oktober 2017 in Osnabrück deutlich geworden. In den Vorträgen und
Diskussionen wurde betont, dass eine BBB schon von Beginn an bei der Planung
berücksichtigt werden muss. Daher spielt die Schulung der für die Vergabe der
Baumaßnahmen in den zuständigen Behörden Verantwortlichen eine große Rolle neben der fundierten Weiterbildung zum zertifizierten Baubegleiter bzw. zur Baubegleiterin, die
in der Regel in Ingenieurbüros tätig sind. Vor Ort auf der Baustelle ist aber nicht nur
fachliche Kompetenz, sondern auch Kommunikationskompetenz gefordert, um den Schutz des Bodens in das Bewusstsein aller beteiligten Akteure zu rücken. Ein weiterer, bisher vernachlässigter Punkt ist in der Diskussion ebenfalls sehr deutlich geworden. Der in Zukunft vermehrt notwendig werdende Rückbau, z.B. von Windkraftanlagen, stellt die
BBB vor weitere Herausforderungen, um den Boden und seine Funktionen zu erhalten.
Kontaminierte Standorte sind seit Jahrzehnten ein wichtiges Betätigungsfeld der Umweltingenieure. Uns allen ist klar, sie werden es noch für lange Zeit bleiben. Regelmäßig wird daher in einschlägigen Fachzeitschriften und auf Fachtagungen zu speziellen Problemen mit kontaminierten Standorten berichtet.
Bei der Vorbereitung des Forums Boden - Gewässer - Altlasten 2016 war der Themenschwerpunkt „Kontaminierte Standorte“ daher schnell gesetzt. Das liegt natürlich auch daran, dass viele Studierende des gemeinsamen Master-Studienganges „Boden -Gewässer - Altlasten“ der Hochschule Osnabrück und der Universität Osnabrück bei Projektarbeiten, in ihrem Ingenieurpraktikum oder bei der Abschlussarbeit mit dieser Thematik befasst sind. Nur, wo sollte der spezielle Themenrahmen liegen? Wir entschieden uns, die Schnittstellen zwischen den Akteuren der Planung in den Planungsbüros, den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, die sich mit den Genehmigungen in den Behörden beschäftigen, und den Ausführenden in den Baufirmen intensiver zu beleuchten.
Schließlich sind Maßnahmen auf kontaminierten Standorten für alle Beteiligten eine besondere Herausforderung und erzeugen auch eine hohe Wechselwirkung untereinander. So schützen auch intensive Erkundungen nicht vor Überraschungen, die wiederum Planungsänderungen hervorrufen. Wie reagieren die genehmigenden Behörden, und wie flexibel die Bauausführenden? Und das alles, wie so oft, unter immensem Zeitdruck. So soll durch die Darstellung der verschiedenen Blickwinkel auch ein gegenseitiges Verständnis für die teilhabenden Akteure gefördert werden.
Wir freuen uns, dass das Forum mit über 160 Teilnehmern auf reges Interesse gestoßen ist. Die Abschlussdiskussion zeigte nochmals deutlich, dass das Thema des Umgangs mit belasteten Böden in Planungs- und Genehmigungsprozessen sowie im Baubetrieb von großer Bedeutung ist. Erfreulich war der Hinweis der Vortragenden, dass der Arbeitsmarkt hinsichtlich der Fachkräfte, die sich mit Bodenbewertung und Bodensanierung beschäftigen, derzeit sehr vielversprechend aussieht. Das bedeutet für die Studierenden eine hervorragende berufliche Perspektive.
Bodenschutz im Wald
(2015)
„Bodenschutz im Wald“ – ist das nicht ein exotisches Thema für die heute mit Bodenschutz befassten Personen und Institutionen?
Tatsächlich lässt sich der Standpunkt vertreten, das Bundes-Bodenschutzgesetz (BBodSchG) nehme den Wald aus seinem Zuständigkeitsbereich heraus, weil in §3 des BBodSchG auf die Waldgesetze des Bundes und der Länder als übergeordnete Regelungen verwiesen werde. Aber Wälder machen knapp ein Drittel der Fläche Deutschlands aus. Und: Wer die 1980er Jahre erlebt hat weiß, dass die Sorge um den Bodenzustand der Wälder eine wesentliche Triebkraft der vorsorgenden Umweltpolitik, der Bodenforschung und der Bemühungen um einen systematischen Bodenschutz in Deutschland war.
Nach Umsetzung der Luftreinhaltemaßnahmen ist die Aufmerksamkeit für den Schutz der Waldböden abgeklungen. Aber vor dem Hintergrund von Klimawandel und Energiehunger entstehen neue Herausforderungen für den Umgang mit unseren Wäldern und neue Fragen zur Belastbarkeit unserer Waldböden.
Das diesjährige Forum Boden – Gewässer - Altlasten widmet sich diesen Fragen mit Vorträgen namhafter Experten aus dem In- und Ausland in den Themenfeldern „Belastungen von Waldböden“, „Maßnahmen zum Schutz und zur Wiederherstellung von Waldböden“ sowie „Ökosystemmangement und Waldfunktionen“.
Flussauen, die zu den dynamischsten und komplexesten Ökosystemen überhaupt gehören, zeichnen sich im naturnahen oder wenig veränderten Zustand häufig auf engstem Raum durch ein vielfältiges Standortmosaik aus. Gleichzeitig erfüllen Auen im morphologisch wenig veränderten Zustand auch herausragende Funktionen im Landschaftswasserhaushalt, sind z.B. natürliche Retentionsräume für Hochwässer, und haben gleichzeitig eine enorme Bedeutung als Lebens- bzw. Rückzugsraum für unzählige stenöke Faunen- und Florenelemente. Jedoch unterliegen Fließgewässer und ihre Auen in Mitteleuropa bereits seit Jahrhunderten einem enormen Nutzungs- und Veränderungsdruck. Morphologisch wenig veränderte oder gar naturnahe Auen gibt es hier kaum noch.
Gerade die Flussauen wurden in Mitteleuropa bereits vor Jahrtausenden durch den Menschen besiedelt und intensiv genutzt, sei es zur Nahrungsmittelproduktion und Trinkwassergewinnung, um das Vieh zu tränken und die Felder zu bewässern oder um die Flüsse als Verkehrswege und die kinetische Energie des Wassers als Energiequelle zu nutzen. Für die Sicherstellung zahlreicher Nutzungsansprüche und -interessen wurden insbesondere seit dem letzten Drittel des vorigen Jahrhunderts die meisten mittleren und größeren Flüsse technisch begradigt und ausgebaut, in ihrer Lauflänge verkürzt und durch Eindeichungen von ihren Auen entkoppelt. Viele dieser Maßnahmen führten zwar häufig zum in ihrer Zeit gewünschten Ergebnis, hatten und haben jedoch bis heute grundlegende, nicht nur ökologische Veränderungen zur Folge. So verursachten zahlreiche Hochwässer z.B. an den Flüssen Rhein, Oder, Donau und Elbe dramatische und auch langfristige Schäden sowie Zerstörungen von Infrastruktureinrichtungen, Gebäuden, landwirtschaftlichen Nutzflächen oder Wäldern.
Seit den 90erJahren wird mit Hilfe zahlreicher Renaturierungsprogramme an vielen Flüssen versucht, einige dieser gewässerbaulichen Veränderungen wieder rückgängig zu machen bzw. in ihren Auswirkungen zumindest künftig abzumildern. Die bei solchen Vorhaben anvisierte Wiederherstellung ökosystemarer Funktionen bzw. Dienstleistungen von Fließgewässern und ihren Auen einschließlich naturschutzfachlicher Belange einerseits und zu wahrende wasserwirtschaftliche Interessen und Aufgaben andererseits birgt häufig ein nicht unerhebliches Konfliktpotential. Diese Spannungsfelder und auch deren Lösungsmöglichkeiten bilden den Hintergrund des diesjährigen Forums in Osnabrück.
Die Tagung ist gegliedert in drei Blöcke: Nach einem einleitenden Vortrag über die Ausprägung und Wirkungen sowie mögliche Ursachen einiger der sogenannten Jahrhundert- oder gar Jahrtausendfluten in den vergangenen Jahren, wird im 2. Teil ein Überblick gegeben zum morphologischen Fließgewässer- und Auenzustand in Deutschland und Flüsse und ihre Auen als gemeinsames Handlungsfeld von Wasserwirtschaft und Naturschutz vorgestellt. Der abschließende umfangreichste Block wird in mehreren Vorträgen verschiedene konkrete Renaturierungsprojekte an Flüssen in Deutschland vorstellen. Dabei werden zunächst Beispiele von Projekten an kleineren und mittleren Fließgewässern in urbanen Räumen und in stärker industriell geprägten Landschaften beleuchtet, bevor abschließend ein Einblick in Projekte an größeren Flüssen in Mitteleuropa gegeben wird.